Десятинна церква розташована на Старокиївській височині, в тій її частині, звідки починається Андріївський спуск, ведучий на Поділ. Дату заснування храму письмові джерела наводять різну. Освячення ж більшість джерел датують 996-м роком. Існує легенда, згідно з якою ця церква була зведена на місці смерті першомученика християн Федора та Іоанна, принесених в жертву Перуну.
За п'ять років до хрещення Русі на цьому місці стояв будинок варяга Федора і його сина Іоанна. Одного разу київські язичники вирішили принести в жертву своїм богам хлопчика або дівчинку. Жереб вказав на Іоанна. Але коли звернулися до Федора з вимогою, щоб він віддав свого сина, Федір не тільки не віддав Іоанна, але тут же виступив з гарячою проповіддю про істинного Бога і з різким засудженням язичників. Розлючений натовп кинувся і зруйнував будинок Федора, під уламками якого і прийняли мученицький вінець ці перші страстотерпця на Русі.
Як виглядав храм у ті часи відомо лише в найзагальніших рисах. Десятинна церква мала розміри 32 на 42 метри, вона представляла собою Трипрестольний, хрестовокупольний шестиярусний кам'яний храм. Головний престол присвячувався Богородиці, інші два престоли присвячувалися св. Володимиру і св. Миколі.
На початку XI століття (
1017 г.) під час пожежі церква була пошкоджена, але незабаром відремонтована і заново освячена (
1039 г.), а з трьох сторін за указом князя Ярослава Мудрого до неї були прибудовані галереї. У 1169 церкву розграбували війська суздальського князя Андрія Боголюбського, у 1203 - війська Рюрика Ростиславича.
У 1240 році орди хана Батия захопили Київ. Величезна кількість городян закрилося в Десятинної церкви - останньому опорному пункті оборони Києва, перетворивши її в фортецю. У ній сховалися мирні жителі, жінки, діти і люди похилого віку. Церква була переповнена. Хтось намагався копати підлогу в храмі, щоб прорити підземний хід до схилу гори. Воєвода Дмитро мужньо обороняв церкву, в якій зібралися жителі Києва. У літописі сказано, що церква не витримала ваги великої кількості людей і звалилася, під руїнами загинули останні захисники міста.
Цілих 400 років руїни простояли забуті. Весь цей час залишки храму змивалися дощами й руйнувалися перепадами температур, стиралися вітром ... У першій половині XVII століття французький інженер і військовий картограф Гійом Левассер де Боплан описав руїни Десятинної церкви, вказуючи, що стіни її були вкриті грецькими написами, і в висоту вони досягали усього лише 5-6 метрів.
Розкопки почалися в 1824 році К. Лохвицьким, в 1826 році Єфімовим, в 1908-14 роках археологом Мілеевим. При розкопках були виявлені фрагменти мозаїки підлоги, фрескового і мозаїчного прикраси храму і залишки фундаменту. Також біля Десятинної церкви були відкриті руїни князівських палаців і жител бояр, ремісничі майстерні і поховання X-XI століть.
Під час розкопок були знайдені дві кам'яних гробниці. Під кришкою однієї з них перебував жіночий скелет з хрестиком на шиї і ланцюжком з червленого золота та інші золоті прикраси. Припускають, що ці останки належали грецькій царівні Ганні. В іншій кам'яній гробниці були знайдені мощі святого князя Володимира Великого. У ній збереглися кістки, крім голови і правої руки, також залишки зотлілої парчевій одягу, золотий ґудзик і чоловіче взуття.
Пізніше було знайдено ще одна, третя гробниця. Цей саркофаг представляв собою деяку цінність. На ньому були зображені плетиво з розетками та ряд візантійських чотириконечних хрестів. Орнаментацією саркофаг був дуже схожий на саркофаг Ярослава Мудрого у святій Софії. У гробниці були знайдено також останки з не зотлілої одягом і парчевим покривалом. В першу хвилину, поки ще не доторкнулося повітря, можна було чітко бачити весь збережений зовнішній вигляд. Без сумніву це була гробниця святої княгині Ольги. Крім дружини великого князя Володимира в Десятинній церкві ніхто із представників князівського жіночого роду ні похований. З часів Ярослава Мудрого всіх жінок, благочестивих княгинь ховали в церкві святої Ірини. Мощі були розвезено по різним соборів і пізніше втрачені.